3.3.2 机器人磨抛系统工作流程和软件设计

3.3.2.1 机器人磨抛系统工作流程

机器人磨抛系统整体工作流程会随着不同的任务要求而变化，但一般包含以下流程。

（1）将待磨抛产品的数模导入离线编程软件中，建立产品坐标系，并提取产品曲面信息，包括尺寸、曲率、形状等；

（2）在产品坐标系下，通过选定磨抛工具及磨抛轨迹方式（如环切法、行切法等），软件自动生成磨抛轨迹信息；

（3）观察生成的磨抛轨迹是否合理，若不合理则再次返回修改，反之则将磨抛轨迹信息耦合到机器人上，生成机器人加工程序；

（4）利用软件进行仿真检测，观察机器人在磨抛作业过程中是否存在干涉、碰撞、关节限位等问题。如果存在，人工修改局部不合理区域，以得到最终优化后的机器人加工程序；

（5）生成 NC 代码，并将代码导入到上位机集成控制系统中，与机器人上下料示教程序、基准检测、三维测量运动程序合并成完整的机器人加工程序；

（6）机器人从产品上料架上进行上料；

（7）机器人进行基准检测；

（8）根据基准检测结果修正NC加工程序；

（9）磨抛砂轮机进行产品粗磨抛；

（10）磨抛砂轮机进行产品精磨抛；

（11）抛光机进行产品抛光；

（12）机器人夹持产品在激光三维测量单元处检测产品形位信息；

（13）机器人完成卸料；

（14）整个任务结束。

机器人磨抛系统流程图如图3-3所示，其他情况均可以在此流程基础上进行调整。

3.3.2.2 磨抛机器人软件设计

软件设计部分是系统能否正常运行的关键，磨抛机器人运动控制系统软件设计分为磨抛机器人软件控制设计和人机交换界面设计，控制软件主要完成工业现场实时数据的采集、抛光、磨抛流程进度的显示等工作。

1.磨抛机器人系统主程序设计与实现

磨抛机器人系统开始工作后，首先应对磨抛系统参数进行系统初始化，进入触摸屏的参数设定界面，参数设置包括抛光作用压力、抛光磨头主轴转速、各个电机的转速等，当各个参数设定完毕后，机器人磨抛系统就开始自己判断是否可以开始工作。若判断为是，则进行抛光对象的上料、磨抛、下料等步骤；若判断为否，则返回到系统初始化步骤。模具工件上料步骤包括时间设定、启动传动电机、检测模具工件位置是否到位，若到位则进行磨抛过程，若不到位则进行报警处理。磨抛工作流程包括启动抛光机、启动各个旋转电机，设定抛光作用压力值，设定旋转电机的转速及各参数。下料步骤流程包括模具工件回到起始点、夹紧装置松开、各电机停止工作。主程序设计可参考工作流程（见图3-3）。

2.磨抛机器人系统软件设计方案选择

针对不同磨抛任务的功能需求，磨抛系统应具备磨抛运动控制和磨抛轨迹路径规划。随着科技的不断发展，计算机性价比也不断提高，在普通的 PC 上也能够实现三维建模造型及磨抛轨迹规划，因此用户可以更加直观地看到机器人在模具生产过程中的磨抛机器人运动过程及动作。

（1）磨抛机器人系统软件开发工具。磨抛机器人系统常常采用 Visual C++语言作为系统软件开发语言，这样做主要有两个目的：第一个是磨抛运动过程函数的调用，第二个是完成控制面板的操作界面设计，而且方便调用图形文件和动态链接数据库，以便实现三维实体建模造型和磨抛试验抛光轨迹路径规划。

（2）磨抛机器人实际生产环境的虚拟环境构建。一般采用OpenGL技术来完成磨抛对象实体及机器人的三维实体建模，具体实现操作是在模拟环境下对磨抛对象进行光照、贴加纹理等真实生产过程环境的模拟，同时对机器人及抛光对象三维形体进行自由移动、旋转。

（3）使用面向对象设计技术。确定互感器模具的三维实体建模方法，三维实体的几何模型建模主要构建方式有以下几种：第一种建模方式是从构建好的几何模型数据库中直接调用所需要的模型，根据抛光对象的参数来动态获取相应的三维实体模型；第二种建模方式是利用磨抛机器人系统本身带有的三维实体模型建模功能；第三种建模方式是充分利用现有的软件工具来获取模型，利用AutoCAD来获取，数据转换接口作为中介将其导入磨抛机器人平台中。机器人三维实体模型采用调用模型数据库的方式来获取，工件三维实体模型采用软件工具的方式来获取。

（4）磨抛机器人抛光轨迹路径规划。磨抛机器人抛光轨迹路径规划技术是磨抛机器人设计的关键技术之一。磨抛轨迹路径规划技术一般采用以下两种方式获取，而这两种方式的本质区别是采用不同手段来获取抛光对象表面数据：一种方式是通过磨抛对象的几何实体的CAD模型来直接获取抛光对象表面的图形数据；另一种方式是先通过3D成像扫描技术来获取抛光对象表面图形信息，然后根据获取图形数据通过机器人基本转换公式将抛光对象表面数据转换成空间坐标，从而确定磨抛机器人磨抛轨迹路径规划。

（5）磨抛机器人运动。调用机器人运动函数，实现对磨抛机器人的磨抛动作控制。

3.3.2.3 磨抛机器人系统程序

磨抛磨机器人系统程序功能模块由多个模块共同构成，各模块功能各不相同。根据不同的任务需求，设计磨抛机器人系统时，常用到的模块及其功能如下。

（1）DXF文件模块。DXF文件模块的目的是生成抛光对象对应的三维实体模型，通过文件接口读取DXF文件是其主要方式。

（2）NC代码模块。该模块对带有抛光对象相关信息代码进行解析，将这些数据转换成空间坐标并连接起来，从而确定磨抛机器人磨抛轨迹。

（3）机器人插补计算模块。该模块根据机器人的功能需求设定相对应的插补运算过程中的精度和步长度，对磨抛机器人抛光轨迹数据进行验证。

（4）磨抛机器人磨抛轨迹图形显示模块。机器人磨抛轨迹能够实时显示在屏幕上，便于实时验证机器人公式计算的正确性。

（5）磨抛机器人基本计算公式转换模块。该模块对进行插补计算后的抛光对象数据进行空间坐标变换。

（6）抛光对象三维实体模型构建。抛光对象工件不是一个规则形状，而是由多个形状共同构成，它包括了标准面和异形曲面，在模型数据库中建立了相应实体模型的参数化函数。通过利用这些模型函数快速地完成机器人和工件的三维实体模型的构建。

（7）抛光运动仿真。它提供运动控制的交互环境，可以通过设置相关环境参数最真实地模拟实际抛光生产工业条件。

（8）运动控制。根据磨抛机器人抛光轨迹路径规划来实现对实验磨抛机器人的运动控制。

3.3.2.4 人机交互界面设计

在触摸屏的界面里可直接调整磨抛机器人的运行参数，监控设备运行状况。设备运行中出现的报警信息会在触摸屏上以弹窗的方式显示，以提醒操作者注意。操作界面设计时应从简洁性和操作方便性两方面出发。操作界面设计主要包括主界面、自动界面、手动操作界面、参数设置界面、I/O监控界面、历史报警界面，各个界面具体功能如下。

（1）开机界面：开机通电后，即进入开机界面，单击进入主界面。

（2）主界面设计：主界面显示抛光对象和抛光工具的放置情况、产品规格类型的选择、磨抛系统的工作状态、磨抛的生产周期，能够直观地观察磨抛系统的准备情况。

（3）手动操作界面：它至少由四部分组成，分别为上料台、机器人、磨抛台和磨抛耗材快换台。上料台部分包括上料台的旋转、上料门的开启和关闭；机器人部分包括快换夹头的松开和夹紧、气动磨头的开启和关闭、吸盘抽真空的启动和关闭；磨抛台部分包括磨台抽真空的开启和关闭；磨抛耗材快换台部分包括耗材气缸的夹紧和松开、顶升气缸的上升和下降、托盘的上升和下降。

（4）视觉处部分：负责视觉影像的检测与显示，视觉防护打开和关闭。

（5）参数设置界面：参数设置界面包括伺服参数和动作执行检测参数两部分参数设置。伺服参数包括伺服上升速度和下降速度，伺服加速度和减速度；动作检测参数包括上料台的旋转时间、抽真空执行时长、气缸执行时长、报警蜂鸣时长等参数设置。

（6）I/O 监控界面：I/O 监控界面主要是监控磨抛机器人设备在磨抛过程中的运行状况，主要包括托盘上升是否到位、磨头到位检测装置、磨头松开到位装置、磨头夹紧装置、单位总气压检测装置、自动启动和停止装置。

（7）历史报警界面：磨抛机器人设备在运行中出现的报警信息会在触摸屏上以弹窗的方式显示，以提醒操作者注意，报警信息主要包括故障编号、故障原因、发生故障的时间和日期。